CC BY
85
УДК 628.381.1:57.084.1
АГРОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КОМПОСТОВ НА ОСНОВЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ДОБАВЛЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ
А. А. Яшкина, старший преподаватель, н. с., [email protected],
О. А. Федорова, к. т. н., заведующий кафедрой, ФГБОУ ВО «Мурманский государственный технический университет», г. Мурманск, Россия, Е. А. Кирдишова, ведущий инженер, ФГБУ «Центр лабораторного анализа и технических измерений по Северо-западному федеральному округу» (ЦЛАТИ по Мурманской области)
В данной работе были рассмотрены различные органические компоненты для добавления в осадки сточных для получения органических удобрений путем компостирования. В качестве наполнителей использовались древесные опилки, пивная дробина и бурые водоросли. Опилки являются отходом лесоперерабатывающей промышленности, пивная дробина — пищевой промышленности. Компостные смеси на основе осадков сточных вод, полученные в лабораторных условиях, подверглись анализу по основным агрохимическим показателям, а также проводилось определение на содержание тяжелых металлов в них. В ходе работы также проводилось фитотестирование водных вытяжек почвенных смесей при добавлении полученных компостов. Данное исследование позволяет сделать вывод о том, что рассматриваемые ком-посты можно отнести ко второй группе органических удобрений на основе осадков сточных вод.
The paper examines different organic components for adding into wastewater sludge to produce organic fertilizers by the compost method. Wood shavings, spent grain and brown algae were used as bulker materials. Wood shavings are wastes from wood processing industry, spent grain is from brewery industry. The compost mixtures based on sewage sludge were obtained in the laboratory, they were analyzed through the main agro-chemical parameters, in addition to that the determination of the content of heavy metals in them was provided. The phyto-testing of water extracts from soil mixtures with adding the compost was also provided in this paper. Due to this research we can come to the conclusion that the examined composts could be referred to the second group of organic fertilizers on the wastewater sludge basis.
Ключевые слова: осадки сточных вод, компост, пивная дробина, бурые водоросли, тяжелые металлы.
Keywords: wastewater sludge, compost, spent grain, brown algae, heavy metals.
Введение. Объектом исследования в данной работе являются компостные смеси на основе осадка сточных вод. Компост — органическое удобрение, полученное в результате разложения органических отходов растительного или животного происхождения [1]. Существуют различные рецептуры приготовления компоста. В основе приготовления компоста лежит процесс разложения, который в среде накопленного органического материала под воздействием тепла, влажности, внутренних реакций взаимодействия веществ и жизнедеятельности микроорганизмов.
Основные компоненты, вносимые в компостные смеси:
1) осадки сточных вод (ОСВ) — основной наполнитель для компостной смеси. Они содержат до 50 % органического вещества, 1—2 % общего азота, 3—5 % фосфора, а также микроэлементы, имеют нейтральную или близкую к нейтральной реакцию среды [2];
2) пивная дробина является отходом пивоварения с большой влажностью и характеризующимся нестойкостью при хранении. Несмотря на множество известных способов хранения и переработки пивной дробины, она не используется полностью в качестве вторичного сырья, что приводит к ее накоплению на пивоваренных предприятиях с последующей порчей: разложению и перегниванию. Пивная дробина является субстратом, богатым органическими и минеральными веществами: белками, жирами, клетчаткой и др. Так, использование пивной дробины позволяет решить проблему пивоваренных производств, связанную с накоплением и хранением данного отхода, а при внесении дробины в смесь возрастает активность микроорганизмов [3];
3) древесные опилки содержат большое количество углерода, они делают структуру почвы воздухопроницаемой и влагоемкой;
4) морские водоросли являются источником азота, вносятся для того, чтобы избежать азотного голодания у микроорганизмов в процессе компостирования.
Смешивая выше перечисленные компоненты в разных по объему соотношениях, получают различные по агрохимическим показателям компостные смеси. Данные смеси нормируются и контролируются по основным показателям, которые
указаны в ГОСТ Р 54651—2011 «Удобрения органические на основе осадка сточных вод». В данном документе удобрения делятся на две группы.
Удобрения группы 1: удобрения на основе осадков сточных вод, используемые для выращивания технических, кормовых, зерновых и сиде-ральных культур, в личном подсобном хозяйстве при выращивании рассады овощных и цветочных культур [4].
Удобрения группы 2: удобрения на основе осадков сточных вод, используемые под посадки лесохозяйственных культур вдоль дорог, в питомниках лесных и декоративных культур, цветоводстве, для окультуривания истощенных почв, рекультивации нарушенных земель и откосов автомобильных дорог, рекультивации свалок твердых бытовых отходов [4].
Содержание массовой доли общего фосфора должно быть не менее 0,7 %, такое содержание обеспечивается наличием в компостной смеси ОСВ. Содержание массовой доли общего азота не менее 0,6 % достигается также наличием ОСВ и морскими водорослями. Влажность компостной смеси должна быть не более 70 % для обеих содержание тяжелых металлов (ТМ) в полученных удобрениях.
Готовый компост представляет собой однородную сыпучую массу, удобен для транспортировки, фасовки и внесения в почву и может широко использоваться в земледелии: в качестве основного органического удобрения, подкормки, мульчирующего антисептического групп удобрений. Наличие органического вещества должно быть не менее 30 %, что также достигается благодаря составу самих ОСВ и органическим наполнителям. Также в данном ГОСТ приведено максимально допустимое материала, субстрата для подготовки почвогрунтов, изготовления питательных смесей [3].
Материалы и методы. Компостные смеси осадков сточных вод закладывались по нескольким рецептурам:
1) компостную смесь из осадка канализационных очистных сооружений поселка Мурмаши Мурманской области, опилок, древесной пыли по объему смешивают в пропорциях 4 : 3,5 : 0,5 (далее обозначается как К);
2) компостную смесь из осадка канализационных очистных сооружений поселка Мурмаши Мурманской области, пивной дробины, опилок, древесной пыли по объему смешивают в пропорциях 2 : 2 : 3,5 : 0,5 (далее обозначается как Д);
3) компостную смесь из осадка канализационных очистных сооружений поселка Мурмаши Мурманской области, опилок, сухих водорослей
Fucus vesiculosus, древесной пыли по объему смешивают в пропорциях 4 : 2 : 1 : 0,5 (далее обозначается как В).
Опыт по лабораторному компостированию проводился 90 суток. Рецептура приготовления компоста в сокращенном виде представлена в табл. 1.
Агрохимический анализ компостных смесей проводился по следующим показателям:
1) зольность (по ГОСТ 27784-88 [5]);
2) содержание органического вещества (по ГОСТ 26213-91 [6]);
3) содержание общего азота (по методу Кьель-даля с фотометрическим окончанием с реактивом Несслера [7]);
4) содержание валового фосфора (по ГОСТ 26261-84 [8]);
5) массовое содержание ТМ методом пламенной спектрометрии.
Для проведения фитотестирования использовались контейнеры, представляющие собой боксы для электронных оптических компакт-дисков, поскольку они позволяют проводить фитотести-рование в «вертикальном исполнении» (рис. 1). Тест-культуры, применяемые для фитотеста: овес посевной (Avena sativa) и капуста огородная (Brassica oleracea).
Почвенные смеси для вытяжек приготавливались путем добавления измельченной просеянной компостной смеси в почву в соотношении 1:4. Почвенные вытяжки готовятся согласно ГОСТ Р 54496—2011 [9]. Далее они наносились на впитывающий материал (распушенная целлюлозная пульпа), расположенный в нижней части контейнера. Исследуемые семена растений — капусты и овса (по 10 семян) помещались в подготовленные контейнеры, где находился увлажненный почвенной вытяжкой впитывающий материал.
Процесс роста тест-культур фиксировался при помощи сканирования контейнеров на МФУ
Таблица 1 Рецептура компостов на основе ОСВ
Обозначение* Объем ОСВ, 3 дм3 Объем пивной дробины, 3 дм3 Объем опилок, 3 дм3 Объем водорослей, 3 дм3 Пыль древес- 3 ная, дм
К 4 0 3,5
0
Д 2 2 3,5 0,5
В 4 0 2 1
*) расшифровка обозначений приведена в тексте статьи
ЕТС =
_ CK - СОП
C
100 %,
K
где Eje — эффект торможения, %; Соп — средняя длина проростков в опыте, мм; Ск — средняя длина проростков в контроле, мм.
ЕТС =
Mv - M
K
ОП
M
100 %,
K
лученные компостные смеси с требованиями, предъявляемыми к органическим удобрениям, получаемых на основе ОСВ. На диаграммах прямыми обозначены необходимые или максимальные уровни содержания веществ в удобрениях 1-й и 11-й групп.
Содержание ТМ позволяет отнести полученные компосты ко второй группе удобрений, поскольку превышены значения по таким микроэлементам, как цинк и медь по всем компостам, кадмий — в компосте К, мышьяк — в компосте В.
Рис. 1. Пластиковый контейнер и семена овса и капусты
(принтер-сканер-копир). Обработка полученных изображений происходит при помощи программы AutoCAD 2012.
В качестве показателей фитотеста были приняты:
• высота проростка С, мм;
• масса проростка М, г.
Все указанные выше показатели достаточно легко фиксируются в процессе наблюдения за ростом растений. Срок экспозиции составил 6 дней.
Определение фитотоксического эффекта проведено согласно методике [10] путем сопоставления показателей тест-функций (М и С) семян овса посевного (Avena sativa) и капусты огородной (Brassica oleracea). В качестве контроля была использована почвенная вытяжка без добавления компоста.
Величина эффекта торможения определена по формуле:
Рис. 2. Массовая доля золы (а) и органического вещества (б) в компостах
III III
и К Д В ' к д в
компост — удобрения компост — удобрения
а) б)
Рис. 3. Массовая доля азота (а) и фосфора (б)
300 м 250 ¿200
|l50 § 100
* 50
20
i 15
10
■ компост - группа--группа
удобрений I удобрении п
■ компост -группа--группа
удобрений I удобрений П
Рис. 4. Содержание свинца и кадмия в сухом веществе компостов
где БТс — эффект торможения, %; Моп — средняя масса проростков в опыте, г; Мк — средняя масса проростков в контроле, г.
Результаты и обсуждение. Проведенные агрохимические анализы позволяют сравнить по-
группа--группа
- группа -- группа
Рис. 5. Содержание цинка и меди в сухом веществе компостов
250
§ ?00
150
е 100
50
'А
600
? 500 м
¿400
.|зоо Ь
3 200 ¿3 100
■ компост- группа--группа
удобрений I удобрений П
§ 7 6
£5
й] о
12
§ 10 п
-Ь °
Й 4 2 4
2 0
I компост - группа — — группа
удобрений I удобрений П
к д в
■ компост - группа--группа
удобрений I удобрений П
Рис. 6. Содержание никеля и хрома в сухом веществе компостов
Рис. 7. Содержание ртути и мышьяка в сухом веществе компостов
Вытяжка ■ К Д В ■ Почва а) овес
Вытяжка ■ К Д В ■ Почва б) капуста
Вытяжка К Д "В "Почва а) овес
Вытяжка • К Д »В» Почва б) капуста
Рис. 8. Масса проростков тест-культур
Рис. 9. Длина проростков тест-культур
0%
3 -10 %
-20 %
-30 %
И, ^10%
У -50 %
Ё -60 %
•РН -70 %
•О" т -80 %
■к д«в
а) овес
■К Д-В б) капуста
Рис. 10. Эффект торможения по массе проростков тест-культур
• К д в
а) овес
• К Д В
б) капуста
Рис. 11. Эффект торможения по длине проростков тест-культур
Морфопараметрические показатели растительных тест-объектов
Таблица 2
Вытяжка Растение Масса сырая, г Длина стебля, мм Доля от контроля Эффект торможения, %
масса сырая длина стебля масса сырая длина стебля
К Капуста 0,0280 ± 0,0053 28,59 ± 6,95 1,0728 1,0562 -7,28 % -5,62 %
Овес 0,0412 ± 0,0064 55,90 ± 8,37 1,3248 1,3725 -32,48 % -37,25 %
Д Капуста 0,0284 ± 0,0024 29,07 ± 1,94 1,0881 1,0739 -8,81 % -7,39 %
Овес 0,0505 ± 0,0000 62,76 ± 7,39 1,6238 1,5409 -62,38 % -54,09 %
В Капуста 0,0293 ± 0,0079 31,72 ± 4,92 1,1226 1,1718 -12,26 % -17,18 %
Овес 0,0546 ± 0,0049 64,42 ± 5,77 1,7556 1,5816 -75,56 % -58,16 %
Почва Капуста 0,0261 ± 0,0025 27,07 ± 3,70 1,0000 1,0000 0,00 % 0,00 %
Овес 0,0311 ± 0,0085 40,73 ± 8,67 1,0000 1,0000 0,00 % 0,00 %
Результаты экотоксикологического фитотес-тирования приведены в табл. 2, а также на рис. 8 и 9.
Как видно из рис. 10 и 11 фитотоксический эффект при внесении компостов в почву отсутствует по всем тест-объектам.
Заключение. Компост соответствует требованиям к качеству органических удобрений на ос-
нове осадков сточных вод 2-й группы, которые могут быть использованы под посадки лесохо-зяйственных культур вдоль дорог, в питомниках лесных и декоративных культур, цветоводстве, для окультуривания истощенных почв, рекультивации нарушенных земель и откосов автомобильных дорог, рекультивации свалок твердых бытовых отходов [4].
Библиографический список
1. ГОСТ Р 53042—2008 Удобрения органические. Термины и определения [Электронный ресурс] Введ. 2009.10—13. — Режим доступа: http://vsegost.com/Catalog/47/47925.shtml (дата обращения 20.04.2015).
2. Мерзлая Г. Е. Использование органических отходов в сельском хозяйстве [Текст] / Г. Е. Мерзлая // Журнал российского химического общества им. Д. И. Менделеева. — 2005. — Т. ХЫХ. — № 3. — С. 48—54.
3. Пат. 2249581, МПК С 05 Б3, С 05 Б15. Российская Федерация, Способ приготовления компоста с использованием пивной дробины / Ковалев Н. Г., Сульман Э. М.; заявитель и патентообладатель научно-исследовательский институт сельскохозяйственного использования мелиорированных земель (ГНИУ ВНИИМЗ). — заявл. 31.12.2003; опубл. 10.04.2005, Бюл. 38.
4. ГОСТ Р 54651—2011 Удобрения органические на основе осадков сточных вод. Технические условия [Электронный ресурс] Введ. 2011.11—13. — Режим доступа: http://vsegost.com/Catalog/51/51784.shtml (дата обращения 20.04.2015).
5. ГОСТ 27784—88 Почвы. Метод определения зольности торфяных и оторфованных горизонтов почв [Электронный ресурс] Введ. 1989.01—01. — Режим доступа: http://standartgost.rU/g/%D0%93%D0%9E%D0%A1%D0%A2%2027784-88 (дата обращения 20.05.2014).
6. ГОСТ 26213—91 Почвы. Методы определения органического вещества [Электронный ресурс] Введ. 1993.01—07. — Режим доступа: http://vsegost.com/Catalog/10/10564.shtml (дата обращения 20.05.2014).
7. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв [Текст] / Е. В. Аринушкина. — 2-е изд. — М.: МГУ, 1970. — 488 с.
8. ГОСТ 26261—84 Почвы. Методы определения валового фосфора и валового калия [Электронный ресурс]. Введ. 1985.01—07. — Режим доступа: http://www.opengost.ru/iso/13_gosty_iso/13080_gost_iso/1308010_gost_iso/4527-gost-26261-84-pochvy.-metody-opredeleniya-valovogo-fosfora-i-valovogo-kaliya.html (дата обращения 20.05.2014).
9. ГОСТ Р 54496—2011 (ИСО 8692:2004) Вода. Определение токсичности с использованием зеленых пресноводных одноклеточных водорослей [Электронный ресурс]. Введ. 2013.01—01. — Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/ 1200088154 (дата обращения 20.05.2015).
10. ФР.1.39.2006.02264 Методика выполнения измерений всхожести семян и длины корней проростков высших растений для определения токсичности техногенно-загрязненных почв [Текст]. — СПб., 2009. — 19 с.
THE AGROCHEMICAL PROPERTIES OF THE COMPOSTS BASED ON THE WASTEWATER SLUDGE WITH ADDING DIFFERENT FILLINGS
A. A. Yashkina, senior lecturer, researcher, Murmansk State Technical University, [email protected];
O. A. Fedorova, Ph. D. (Engineering), Head of the department,
E. A. Kirdishova, leading engineer, the laboratory analysis and technical measurements for the Northwestern Federal District (CLATI
in the Murmansk Region). Murmansk, Russia.
References
1. GOST R 53042—2008 Organic fertilizers. Terms and definitions [Electronic resource] Intr. 2009. 10—13. Access mode: http://vsegost.com/Catalog/47/ 47925.shtml (reference date 20.04.2017) [in Russian]
2. Myorzlaya G. Y. Organic waste usage in agriculture [Text] / G. Y. Myorzlaya // Journal of Russian chemical society named after D. I. Mendeleyev. 2005. Vol. XLIX. P. 48—54. [in Russian]
3. Pat. 2249581, MPK C 05 F3, C 05 F 15. Russian Federation, Method of compost production by using spent grain / Kovalyov N. G., Sulman E. M.; applicant and patentee science research institute of agricultural using the meliorative soils. appl. 31.12.2003; print. 10.04.2005. Bul. 38. [in Russian]
4. GOST R 54651—2011 Organic fertilizers on the basis sewage sludge. Specifications [Electronic resource] Intr. 2011. 11—13. Access mode: http://vsegost.com/Catalog/51/51784.shtml (reference date 20.04.2017) [in Russian]
5. GOST 27784—88 Soils. Method for determining of ash content in peat and peat-containing soil horizonts [Electronic resource] Intr. 1989. 01—01. Access mode: http://standartgost.ru/g/%D0 %93%D0%9E%D0%A1%D0%A2%2027784-88 (reference date 20.05.2017) [in Russian]
6. GOST 26213—91 Soils. Methods for determining of organic matter [Electronic resource] Intr. 1993. 01—07. Access mode: http://vsegost.com/ Catalog/10/10564.shtml (reference date 20.05.2017) [in Russian]
7. Arinushkina Y. V. Chemical analysis of soils manual [Text] / Y. V. Arinushkina. — M.: MSU, 1970. — 488 p. [in Russian]
8. GOST 26261—8 Soils. Methods for determining total phosphorus and total potassium [Electronic resource] Intr. 1985. 01—07. Access mode: http://www.opengost.ru/iso/13_gosty_iso/13080_gost_iso/1308010_gost_iso/4527-gost-26261-84-pochvy.-me-tody-opredeleniya-valovogo-fosfora-i-valovogo-kaliya.html (reference date 20.05.2017) [in Russian]
9. GOST R 54496—2011 (ISO 8692:2004) Water quality — Freshwater algal growth inhibition test with unicellular green algae [Electronic resource] Intr. 2013. 01—01. Access mode: http://docs.cntd.ru/document/1200088154 (reference date 20.05.2015).
10. FR.1.39.2006.02264 Method for providing growth estimation of seeds and length of roots higher plants for determining toxicity of technogenic polluted soils [Text]. SPb., 2009. 19 p. [in Russian].
